智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?

先来解剖下智能手环,看看一块手环内有哪些东东,那么里面的小秘密也就迎刃而解了。

智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?
智能手环鼻祖Fitbit Flex的拆解

智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?

2012年左右,智能手环还仅仅是一个简单的计步器,除此之外一点也不智能。到2015年,智能手环才能算是进入轻度智能的阶段。2017的它们已经完全不同,计步功能是作为一个称之为手环的必备因素,而且计步的准确性也大大提升;可以监测心率、监测睡眠、血压、血压,甚至是紫外线指数。大量传感器的植入让手环的监测项目越来越全面、智能。

1、加速度传感器

严肃百科:加速度传感器,英文名称为acceleration transducer。是一种利用感受加速度并将其转换为电信号的方式来测量加速力的设备。目前已在汽车安全、智能产品、游戏控制等众多领域都得到广泛的应用。

说人话:加速度传感器就是用来记录步数、跑步的基本传感器。

通过测量方向和加速度力量,加速度计能够判断设备处于水平或是垂直位置,并能判断设备是否移动,从而达到计步操作。

加速度传感器基本款式是两轴、三轴,两轴只能测量平面,准确度是有待提高;三轴传感器则可更好地检测设备在三维空间中X轴、Y轴、Z轴的位置,实现更精准的记录。

现在的智能手环,基本都是配置三轴加速度传感器。

普及程度:★★★★★

2、光学心率传感器

严肃百科:光学心率传感器是目前运动监测设备逐渐流行的配置,使用LED发光照射皮肤、血液吸收光线产生的波动来判断心率水平,实现更精准的运动水平分析。

说人话:光学心率传感器就是用来监测心率的。

普及程度:★★★★

智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?

心率监测原理通常方法:

  • 光电透射测量法:手环与皮肤接触的传感器会发出一束光打在皮肤上,测量反射/透射的光。血液对特定波长的光有吸收作用,每次心脏泵血时,该波长都会被大量吸收,以此就可以确定心跳。缺点是耗电量大,同时会受环境光干扰。目前市面上的智能手环或手表监测心率的功能多是采用了光电透射测量法。
  • 测试心电信号法:手环的传感器可通过测量心肌收缩的电信号来判断使用者的心率情况,原理和心电图类似原理。缺点是电路比较复杂,占PCB空间比较大,易受电磁干扰,同时传感器必须紧贴皮肤,放置位置相对固定,很少有手环采用这种测量方式。
  • 振动式测量:每次心跳都会引起身体的震动,通过高精度的传感器捕捉这种震动,再经过信号处理可以得到心跳,一般来说智能坐垫或智能按摩器一类的产品多会采用这种测量方法,手环则比较少见。

至于光学心率传感器的准确性,平时的运动、姿势、甚至皮肤颜色等因素都会对光电法的心率测量结果产生影响。所以大多数手环和手表测出的心率基本都不是完全准确的,但基本能正确地反映出心率变化趋势,对于普通人的运动心率监测来说已经够用。

如何判断一款手环有没有心率监测功能?看看背后就知道了。

智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?

▲ 一抹幽暗的绿光,心率监测灯

3、全球定位系统(GPS)

GPS目前已经是非常普及的技术,通过使用29颗地球总轨道卫星中的四颗进行定位,便能够获得误差较小的精确位置。GPS定位已经广泛使用在多种电子产品中。

由于耗电量偏大,目前尚未在运动手环中全面普及,只有一些定位专业运动监测的运动手表才具备GPS芯片,用于记录用户的地理位置、跑步路线等等。而且,具备GPS定位系统的手环,应该称之为手表更为合适了,一般价位都比较高。

比如华米手表799元,Ticwatch手表999元+。

普及程度:★★★

4、温度传感器

由于手环与皮肤直接接触,温度传感器可测出皮肤温度。

通过体温的上升,智能手环就判断是正在运动还是可能发烧,同时配合心率变化,可监测人体体温的异常。

温度传感器是一款简单但实用的传感器。目前手环中有温度传感器的,不多哉。

普及程度:★★★

5、气压传感器

严肃百科:由气压传感器测量出所在位置的气压大小,从而计算出海拔高度。在由运动过程中微弱的气压变化计算出所在位置的高度变化。精确度在10层楼的高度运动过程中可以控制在10CM以内。

说人话:气压传感器就是用来测量高程的,可更精准的测量运动数据。

普及程度:★★★

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气压传感器虽仅能够测量气压数据,但通过该数据可精确得知海拔高度。气压传感器能检测高度的变化,从而在大型shopping mall、山区等GPS覆盖不到的情况下提供准确的高度信息。市面上的部分品牌手环增加了气压传感器。

气压传感器还能助于提高健身追踪器的精度,特别是在计算热量的应用中。

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通常情况下,卡路里消耗不仅取决于加速度计得到的计步数据,还取决于个人的生理数据(如年龄、体重和身高等)。取决于设备内部的传感器,心率数据或GPS记录的速度、距离和高度也可包括在计算中。

跑步、爬楼梯、爬山等运动所消耗的热量各不相同。虽然加速度传感器可以判断出人在爬坡,但它不能确定这个人是在上坡还是下坡。通过压力传感器引入高度运动数据,再使用相应算法,便能精确计算出用户所消耗的能量。

6、皮电反应传感器

皮电反应传感器是一种更高级的生物传感器,通常配备在一些可以监测汗水水平的设备上。

大部分人会有这样的体会:当要从事一项非常重要的任务之前,可能会觉得紧张,甚至会焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程,是可以通过皮电传感器探测出来。人类的皮肤是一种导电体,当开始出汗,皮电反应传感器便可以检测出汗水率,配合加速度计及先进的软件算法,有利于更准确地监测用户的运动水平。

普及程度:★★

7、环境光及紫外线传感器

环境光传感器模拟人类眼镜对光线的敏感度,可根据周围光线的明暗来判断时间,并有效节省手环的电力消耗。

紫外线传感器则是利用某些半导体、金属或金属化合物的光电发射效应,在紫外线照射下会释放出大量电子,检测这种放电效应可计算出紫外线强度。可监测到光线中的紫外线指数,实现防晒提醒操作。

目前手环上有环境光及紫外线传感器的,不多。

普及程度:★★

8、血氧饱和度SPO2传感器

血液中血红蛋白和氧合血红蛋白对红外光和红光的吸收比率不同,用红外光和红光两个LED同时照射手指,测量反射光的吸收光谱,就可以测量血氧含量。

智能手环中有哪些传感器,它们的作用是什么?

血氧饱和度可能对普通用户用处不大,但对于登山爱好者来说,它可以及时提醒避免出现缺氧状况,对于有类似哮喘等呼吸系统疾病的用户也十分有用。

普及程度:★★

9、电容传感器

严肃百科:英文名称为capacitive type transducer,是一种将其他量的变换以电容的变化体现出来的传感器。

说人话:就是用来检测是否有佩戴手环。

很多手环有一个脱腕检测功能,其实就是利用电容传感器监测到电容电压的变化,从配合算法自动检测用户是否佩戴手环并作出相应提醒。避免没有佩戴手环场景下的睡眠误判、心率监测等,

普及程度:★★

10、霍尔传感器

严肃百度:根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力,从而在导体的两端产生电势差。

说人话:在手环中用来检测耳机是否佩戴在耳槽。

手环腕带上内置磁铁,通过感应耳机和腕带之间磁通量的变化判断耳机在腕带上还是离开腕带。当将其摘下来之后,声音会自适应从手机转换为蓝牙输出。在手机中十分常见,在手环中不常见,多用于蓝牙耳机手环,如华为B3。

普及程度:★

11、生物电阻抗传感器

可通过生物肌体自身阻抗来实现血液流动监测,并转化为具体的心率、呼吸率及皮电反应指数,是一种更先进的综合生物传感器,准确性也相对更高。

普及程度:★

嘿嘿,近年来得益于传感器的进化,让手环监测数据越来越多,越来越准确。在未来,将会有更多功能更强大的传感器逐步增加到手环中,配合将会配置更先进的软件算法,帮助获得更准确的监测数据。

作者:埃微

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